DE2548947C2

DE2548947C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Luft/Brennstoffverhältnisses des von einer Brennkraftmaschine angesaugten Gemischs

Info

Publication number: DE2548947C2
Application number: DE2548947A
Authority: DE
Inventors: Koyo Yokosuka Nakamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1974-11-01
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1982-07-15
Also published as: US4103654A; GB1503178A; DE2548947A1; AU8612275A; FR2289745B1; CA1072840A; IT1048034B; FR2289745A1; JPS5759904B2; JPS5153131A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Ar!.
Aus der DE-OS 23 54 313, Fig. 8, ist eine Vorrichtung mit der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung vergleichbarer Art bekannt, bei der das elektromagnetische Ventil je nach der Größe des Ausgangssignals des Gasfühlers eine Luftzuführungsöffnung mehr oder weniger stark öffnet, die dem Öffnungsquerschnitt der Lufthauptleitung des Mischrohres des Vergasers entspricht Ist der Sauerstoffanteil in den Abgasen sehr gering, so gibt der Gasfühler ein relativ großes Ausgangssignal ab, so daß das Magnetventil den Luftzuführungsquerschnitt weit öffnet, wodurch das Luft/Brennstoffgemisch magerer wird, und umgekehrt. Es findet also eine Steuerung des Luft/ Brennstoffverhältnisses mit Hilfe einer geschlossenen Regelschleife statt, um ein optimales Luft-Brennstoff-Verhältnis jeweils beibehalten zu können. Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die geschlossene Regelschleife auf eine plötzliche starke Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine nur relativ träge anspricht. Wird bei dieser Ausführungsform eine zu geringe Sauerstoffkonzentration in den Abgasen mit Hilfe des Gasfühlers gemessen, so schaltet dessen relativ großes Ausgangssignal einen Bimetallschalter so um, daß eine zusätzliche Öffnung in der Schwimmerkammer zur Atmosphäre verschlossen wird. Damit wirkt auf die Schwimmerkammer des Vergasers der Unterdruck im Venturi-Bereich der Ansaugleitung, wrdurch eine geringere Menge an Brennstoff durch das Mischrohr angesaugt wird, bzw. das Luft/Brennstoffgemisch abgemagert wird. Bei dieser bekannten Ausführungsform wird in der Schwimmerkammer der Unterdruck aus der Ansaugleitung wirksam und verringert die Brennstoffzufuhr in das Mischrohr, wenn der Ansaugunterdruck durch Verschließen der zusätzlichen Öffnung wirksam wird. Auch diese Ausführungsform spricht nur träge auf die Änderung des Luft/Brennstoffverhältnisses bei plötzlicher Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine an.
Aus der DE-OS 23 60 621 ist eine Vorrichtung zum Steuern des Luft/Brennstoffverhäitnisses bei einer Brennkraftmaschine bekannt, die ebenfalls einen Gasfühler benutzt, dessen Ausgangssignal in einer Rechnerschaltung zum Steuern eines elektromagnetischen Ventils verarbeitet wird. Das elektromagnetische Ventil liegt in einer Überbrückungsleitung, über die Luft stromauf vom Vergaser, unmittelbar in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine, stromab vom Vergaser eingeleitet werden kann. Diese zusätzliche Luft wird also unter Umgehung des Vergasers unmittelbar zusammen mit dem vom Vergaser abgegebenen Luft-Brennstoffgemisch an die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine zugeführt. Diese Bypass-Luftmenge wird durch das von der Rechnerschaltung gesteuerte Magnetventil und zusätzlich durch den stromab vom Vergaser gemessenen Unterdruck gesteuert. Diese bekannte Vorrichtung kann das vom Vergaser abgegebene Luft/Brennstoffgemisch nicht verändern, und das vom Vergaser abgegebene Luft/Brennstoffgemisch grundsätzlich fett eingestellt werden muß, um eine

Änderung bzw. Abmagerung des Luft/Brennstoffgemisches durch die zusätzlich und stromab von dem Vergaser eingeleitete Luft zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß sie auch bei einer plötzlichen Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine das Luft/Brennstoffverhältnis schnell wieder auf den optimalen Wert zurückführt.

Bei einer Vorrichtung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im Patentanspruch t angegebene Erfindung gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine zusätzliche Einrichtung aus, mit der die Ober die Luftzusatzleitung an das Mischrohr zugeführte Luftmenge auch zusätzlich nach Maßgabe des in der Ansaugleitung herrschenden Unterdrucks gesteuert werden kann. Da sich bei einer plötzlichen Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine auch der Unterdruck in der Ansaugleitung plötzlich und stark ändert, kann neben der Steuerung der über die Luftzusatzleitung dem Mischrohr zugeführten Luftmenge mit Hilfe des elektromagnetischen Ventils nach Maßgabe des Ausgangssignals des Gasfühlers eine zusätzliche und sofort wirksame Steuerung dieser dem Mischrohr zugeführten Luftmenge nach Maßgabe des augenblicklichen Unterdruckes in der Ansaugleitung erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zusätzlich zu der Steuerung über die geschlossene Regelschleife nach Maßgabe der jeweils festgestellten Konzentration eines Bestandteils des Abgases eine sofort wirksame Steuerung nach Maßgabe des in der Ansaugleitung augenblicklich herrschenden Unterdrucks überlagert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit das gewünschte optimale Luft/Brennstoffverhältnis auch bei einer plötzlichen Beschleunigung oder Verzögerung der Brennkraftmaschine ohne Zeitverzögerung stellen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Luft/Brennstoffverhältnis und dem Ansaugvolumen der Brennkraftmaschine bei geöffnetem bzw. geschlossenem elektromagnetischem Ventil,

F i g. 2 schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Ansicht eines Teils der Vorrichtung bei einer anderen Ausführungsform und

Fig.4 einen Schnitt eines Teils der Vorrichtung bei einer weiteren Ausführungsform.

In F i g. 1 gibt die ausgezogene Linie A das bei geschlossenem Magnetventil sich bildende Luft/Brennstoffverhältnis des Ansauggemischs an, welches unabhängig vom Ansaugvolumen konstant ist. Das bei geöffnetem Magnetventil sich bildende Luft/Brennstoffverhältnis ist durch difi gestrichelte Linie C angegeben. In der Praxis weicht das Luft/Brennstoffverhältnis jedoch bei Vergrößerung oder Verkleinerung des Ansaugvolumens ab, wie der Kurvenverlauf der Linie B zeigt. Dieses beruht auf dem erhöhl auftretenden Unterdruck bei;n Beschleunigen im Lufttrichter bzw. beim Verzögern in der Ansaugleitung wodurch eine übermäßig große Zusatzluftmenge in den Brennstoffkanal des Vergasers gesaugt wird. In jedem Falle ist eine zu große Abweichung zwischen den Linien A und B unerwünscht, da sich ein unruhiger Lauf der Brennkraftmaschine ergibt

Es sei angenommen, daß der Punkt Q1 in F i g. I das Ansaugvolumen darstellt, wobei das erwünschte Luft/ Brennstoffverhältnis zwischen den beiden Linien A und Cim Punkt MX liegt Wird nun die Brennkraftmaschine von diesem Betriebszustand aus plötzlich beschleunigt, so nimmt das Ansaugvolumen auf Q 2 zu, wobei sich der Unterdruck im Lufttrichter plötzlich erhöht. Dadurch vergrößert sich auch die Menge der Zusatzluft, so daß sich ein in der Mitte zwischen den Linien A und B liegendes Luft/Brennstoffverhältnis M2 ergibt. In gleicher Weise wird das Luft/Brennstoffgemisch beim Verzögern der Brennkraftmaschine verarmt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Werte für das Luft/Brennstoffverhältnis bei geöffnetem und geschlossenem elektromagnetischen Ventil in einer konstanten Beziehung zueinander gehalten. Dieses bedeutet in Fig. 1, daß die Linie B der gestrichelten Linie C weitgehend angeglichen wird. Dieses beruht im wesentlichen darauf, daß die Menge der dem Brennstoffkanal des Vergasers zuströmenden Zusatzluft proportional dem im Vordrosselbereich, im Lufttrichter oder im Ansaugkrümmer erzeugten Unterdruck begrenzt wird.

Fig.2 zeigt eine stark schematisierte Ansicht der Vorrichtung. Man erkennt eine Ansaugleitung 10 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine, mit einer beweglichen Drosseklappe 11 und einem jenseits der Drosse¹-klappe mit der Ansaugleitung verbundenen Ansaugkanai 12. Die Ansaugleitung 10 enthält ?incn Lufttrichicr mit einem Vorzerstäuber 13 und stromauf einen Vordrosselbereich 14 mit einer Starterklappe 15 (F ig· 3).

D;:r Vergaser hat einen Hauptbrennstoffkanal 20 mit einer Hauptbrennstoffdüse 22, ein Hauptmischrohr 23 mit einem darin angeordneten Mischluftrohr 24, eine in das Haupt-Mischrohr 23 mündende Haupt-Luftdüse 25, 25a, einen Haupt-Brennstoffkanal 26, einen Leerlauf-Brennstoffkanal 30 mit einer Leerlaufbrennstoffdüse 31, einem Leerlauf-Mischrohr 32, einer in diesem mündenden Leerlauf-Luftdüse 33, 33a und Teillast- sowie Leerlaufgemischöffnungen 34 bzw. 35 und einer Leerlaufgemisch-Regulierschraube 36. Der von einer Schwimmerkammer 21 zuströmende Brennstoff wird mit über eine der Luftdüsen 25 oder 33 angesaugter Luft vermischt und dann, je nachdem, an welcher Stelle der stärkere Unterdruck herrscht, in den Vorzeniäuber 13 oder den Ansaugkrümmer 12 gesaugt.

Die Mischrohre 23 bzw. 32 erhalten zusätzliche Luft aus einer in die freie Umgebung mündende Luftzusatzleitung 40 bzw. 41 zugeführt. In den Luftzusatzleitungen 40,41 sitzen eine kalibrierte Luftdüse 42 bzw. 43.

Die Luftzusatzleitungen 40, 45 führen über ein Magnetventil 50 bzw. 51, das zum Steuern der Zusatzluftmenge öffnend und schließend betätigbar ist.

Die Betätigung der Ventile 50, 51 erfolgt durch Ausgangssignale einer elektrischen Steuereinrichtung 60, deren Eingang mit einem im Abgasstrom der Auspuffleitung 16 angeordneten Gasfühler 70 verbunden ist. Der Gasfühler 70 ermittelt den vom Luft/Brennstoffverhältnis des von der Brennkraftmaschine angesc jg ien Gemischs abhängigen Sauerstoffgehalt der Abgase und erzeugt ein diesem entsprechendes elektrisches Au&gangssignal.

Zeigt das Ausgangssignal des Gasfühlers 70 beispielsweise eine Abweichung des Luft/Brennstoffverhältnisses vom gewünschten Wert zur fetteren Seite an, so wird die Arbeitsphase von Signalimpulsen vergrößert, so daß das Ventil 30 länger geöffnet ist und eine größere Zusatzluftmenge hindurchläßt. Umgekehr; wird die Menge der Zusatzluft durch Verkürzung der Arbeitsphase der Signale verringert. Damit wäre also theoretisch der in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie C angegebene ideale Wert für das Luft/Brennstoffverhältnis in einem weiten Betriebsbereich durch Öffnen und Schließen des Ventils erzielbar.

In der Praxis weicht das bei geöffnetem Ventil erzielbare Luft/Brennstoffverhältnis jedoch in der durch die Linie B dargestellten Weise vom idealen Wert ab. Um den tatsächlichen Wert des Luft/Brennstoffverhältnisses möglichst nahe an der idealen Linie C zu halten, ist an der Zuströmseite des Ventils 50 eine mit einem Drosseldurchlaß 52a versehene Leitung 52 der Zusatzluftleitung 40 des Vollastvergasers angeschlossen, welche zu einer Mündung 53 im Lufttrichter der Ansaugleitung 10 führt. Eine weitere, an der Zusatzluftleitung 41 angeschlossene Leitung 54 mit einem Drosseldiirchlaß 54a führt zu einer Mündung 55 im Ansaugkrümmer 12 unmittelbar stromab der geschlossenen Drosselklappe.

Tritt nun je nach der Drehzahl und Belastung der Brennkraftmaschine und dem davon abhängigen Ansaugvolumen ein erhöhter Unterdruck im Lufttrichter oder im Ansaugkrümmer auf, so wird ein Teil der die 7ii<;ai7liifilpiiiing 40 bzw. 41 durchströmenden Zusatzluft direkt in den Lufttrichter bzw. in den Ansaugkrümmer gesaugt und damit nicht dem Brennstoff im Mischrohr 23 bzw. 32 beigemischt. Dadurch ist eine übermäßige Verdünnung des Brennstoff-Luftgemischs verhindert und ein im wesentlichen der Linie C entsprechender Verlauf des Luft/Brennstoffverhältnisscs erzielt.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform mündet die Verbindungsleitung 80 für den Vollastbetrieb nicht in der freiem Umgebung, sondern führt zu einer Mündung 81 im Vordrosselbereich 14 der Ansaugleitung. Solange die Drosselklappe 11 noch nicht übermäßig weit geöffnet, das Ansaugvolumen also noch relativ klein ist. bleibt die Strömungsgeschwindigkeit der Ansaugluft im Vordrosselbereich niedrig, so daß der Luftdruck in diesem Bereich gleich dem atmosphärischen Druck ist oder nur geringfügig darunter. Bei geöffnetem Ventil 50 wird aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Mischrohr Zi, in welchem der im Vorzerstäuber 13 vorhandene Druck herrscht, und dem Vordrosselbereich Zusatzluft aus diesem Bereich über die Verbindungsleitung 80 in das Mischrohr 23 gesaugt. Nimmt dann das Ansaugvolumen bei gänzlich geöffneter Drosselklappe 11 zu, so beeinflußt der im Lufttrichter entstehende hohe Unterdruck den Druck im Vordrosselbereich. so daß hier ebenfalls ein beträchtlicher Unterdruck auftritt. Dadurch wird bei geöffnetem Ventil nur eine kleinere Zusatzluftmenge in

ίο das Mischrohr 23 gesaugt. Diese Ausführung ist insofern vorteilhaft, als für die Zusatzluft ohne das Vorhandensein eines Luftfilters die gefilterte Ansaugluft anstelle von verunreinigter Umgebungsluft angesaugt wird.
Die in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform der

ι ί Erfindung unterscheidet sich in ihrer Wirkung von der in Fig. 2 gezeigten dadurch, daß die überschüssige Zusatzluft hier nicht je nach dem Unterdruck in den Lufttrichter oder den Ansaugkrümmer gesaugt wird. Stattdessen wird die die Zusatzluftleitung 40' oder 41'

2n durchströmende Luftmenge mittels eines membranbetätigten Ventils 9 gesteuert, welches stromab des Ventils 50 bzw. 51 in der Zusatzluftleitung 40' bzw. 4Γ angeordnet ist. Das Ventil 90 ist an der Membrane 92 eines an sich bekannten Membran-Servomotors 91 befestigt. Eine Kammer 93 des Membran-Servomotors 91 steht in Verbindung mit der Umgebung, während die Kammer 94 mit dem Lufttrichter oder dem Ansaugkrümmer in Verbindung steht. Bei Zunahme des Unterdrucks im Vorzerstäuber 13 bzw. im Ansaugkrümmer 12 verkleinert sich der Durchlaßquerschnitt des Ventils 90. so daß bei geöffnetem Magnetventil 50 die angesaugte Zusatzluftmenge durch das Ventil 90 in Abhängigkeit vom Unterdruck im Lufttrichter bzw. im Ansaugkrümmer gesteuert wird. Da das Ventil 90 den wirksamen Durchlaßquerschnitt der Zusatzluftleitung verändert, ist in dieser Ausführungsform eine sehr genaue Steuerung der Zusatzluftmenge möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Steuern des Luft/Brennstoffverhältnisses des einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/Brennstoffgemisches mit einem der Ansaugleitung zugeordneten Vergaser mit mindestens einem Mischrohr, das eine Luftzusatzleitung zusätzlich zu einer Lufthauptleitung hat, die mit der Atmosphäre verbunden ist, während die Luftzusatzleitung mit einer Luftquelle über ein Ein/Aus-Magnet-Ventil verbunden ist, dessen Schalttaktverhältnis nach Maßgabe eines von einem die Konzentration eines Bestandteils der Abgase feststellenden Gasfühler erzeugten Signals gesteuert ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung(52,54; 80; 90) zum zusätzlichen Steuern der dem Mischrohr (23, 32) über die Luftzusatzleitung (40, 41; 40', 41') zugeführten Luftmenge nach Maßgabe des in der Ansaugleitung (10) der Brennkraftmaschine herrschenden L'nterdrucks.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (52, 54; 80; 90) eine Verbindungsleitung (52) aufweist, die die Ansaugleitung (10) im Bereich der Venturidüse mit der Luftzusatzleitung (40) stromauf des Magnetventils (50) verbindet, welche mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (52, 54; 80; 90) eine Verbindungsleitung (80) aufweist, die die Ansaugleitung (10) im Bereich des Vordrosseltdls (14) mit der Luftzusatzleitung (40) stromauf des Magnetventils (50) verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ( "2, 54; 80; 90) ein in der Luftzusatzleitung (40', 41') stromab vom Magnetventil (50, 51) vorgesehenes Ventil (90) aufweist, das nach Maßgabe des Unr.erdrucks in der Ansaugleitung (10) betätigbar ist, und daß die Luftzusatzleitung (40', 4Γ) über das elektromagnetische Ventil (50, 51) mit der Atmosphäre verbunden ist (F i g. 4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Unterdruck ansprechender Membran-Servomotor (91) in Wirkverbindung mit dem Ventil (90) steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vergaser einen Haupt-Brennstoffkanal und einen Leerlauf-Brennstoffkanal aufweist, die jeweils ein Mischrohr mit Lufthauptleitung und Luftzusatzleitung umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (52, 54; 80; 90) eine erste Verbindungsleitung (52) aufweist, die die Ansaugleitung (10) im Bereich der Venturidüse mit der Luftzusatzleitung (40) des Haupt-Brennstoffkanalii stromauf des Magnetventils (50) verbindet, und eine zweite Verbindungsleitung (54) aufweist, die die Ansaugleitung (10) im Bereich der Hauptdrosselklappe (12) mit der Luftzusatzleitung (41) des Leerlauf-Brennstoffkanals stromauf von dessen Magnetventil (51) verbindet.